宽调谐范围光栅外腔窄线宽405nm蓝紫光半导体激光器研究

自由运行的半导体激光器通常为多纵模光谱输出,谱线宽度较大,不能满足拉曼散射等对光源线宽有要求的应用。为得到稳定输出的窄线宽激光,通过使用反射式全息光栅,有效地窄化了405 nm波段激光二极管的谱线宽度。使用高分辨率单色仪检测了Littrow布局下光栅外腔半导体激光器的输出光谱,并通过输出功率和光谱特性研究了光栅外腔半导体激光器的阈值和调谐特性。实验发现,通过使用2400 l/mm和3600 l/mm刻线密度的反射式全息光栅,激光二极管的阈值电流由30.0 m A分别下降到19.7 m A和21.3 m A,谱线宽度也从自由运行时的1 nm左右下降到0.03 nm以内,在标称的工作电流范围内得到了窄线宽激光输出,并且分别实现了5.45 nm和5.33 nm宽度的波长调谐。这一结果有利于推动蓝紫光激光二极管的光谱应用。     

一种波长稳定可调的窄线宽外腔二极管激光器

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔,实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性,分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性,研究表明,在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下,二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定,同时输出谱线宽度显著变窄,通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置,可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐,连续可调范围为800~815nm,在整个可调范围内谱的半峰全宽(FWHM)小于0.3nm,最大输出功率为2.01 W,输出功率偏移度小于1.5%。     

窄线宽蓝光半导体激光器研究

由于有色金属对蓝光激光光源具有良好的吸收效率，因此蓝光半导体激光器逐步成为研究热点。针对激光加工纯铜、纯金、高强铝等高反射金属材料的市场需求，采用体布拉格光栅作为外腔反馈元件，压窄激光线宽，稳定激光波长，并基于空间合束技术将6片单管蓝光激光芯片聚焦耦合进芯径为105μm、数值孔径为0.22的光纤中，研制出窄线宽蓝光半导体激光光纤耦合模块。当工作电流为3 A时，该激光模块的输出功率为26.32 W，稳定输出波长为444.29 nm，光谱线宽被压至0.18 nm。     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的研究.获得了最窄线宽＜0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm.     

双光栅外腔半导体激光器压窄技术的研究

介绍了利用双光栅外腔结构对650 nm半导体激光器输出激光进行选模、线宽压窄及波长调谐的 研究。获得了最窄线宽<0.01 nm的单纵模激光输出,实现了波长调谐范围约8.4 nm。     

光栅反馈频率可调谐扩展腔半导体激光器

为了实现半导体激光器在795nm处的单模输出,采用输出端面镀有增透膜的半导体激光二极管作光源,用光栅反馈的方法构成扩展腔,研制了波长为795nm、频率可调谐半导体激光器,并对该激光器进行了实验测试,可知其频率连续调谐范围约7.6GHz,激光线宽约为2.5MHz,运行在110mA时输出功率达43mW。结果表明,该半导体激光器可用于激光与铷原子相互作用中的量子相干效应的研究。     

Littrow型光栅外腔半导体激光器的输出特性分析

在讨论光栅外腔半导体激光器理论的基础上.对影响Littrow型光栅外腔半导体激光器输出功率和线宽压窄的各种因素进行了数值模拟分析.研制了单纵模高质量激光输出的Littrow型光栅外腔半导体激光器,在工作电流为400 mA时,连续输出功率达到180 mW,线宽优于1 MHz.     

反射式体布拉格光栅设计及其在激光器中的应用研究

半导体激光器的发射波长随工作电流和温度的改变而变化,从而影响输出激光的有效线宽和波长稳定性,无法满足固体激光器中增益介质对泵浦源波长和线宽的要求。使用自主研发的衍射效率为9.9%的878 nm反射式全息体布拉格光栅(volume Bragg grating,VBG)作为半导体激光器的反射腔镜,可以将激光发射波长锁定在设计的878 nm附近,输出线宽仅为0.3 nm,波长电流漂移系数为0.015 nm/A,温度漂移系数为0.0075 nm/℃。利用波长锁定的半导体激光器作为泵浦源、自主研发的衍射效率为98.71%和94.32%的1 064 nm VBG作为前后腔镜以及掺杂浓度为0.3%的Nd∶ YVO₄晶体作为增益介质搭建全固态激光器,经过空间光路的调试,获得中心波长1 064.2 nm、线宽0.29 nm的连续稳定激光输出。     

温控体布拉格光栅外腔单管半导体激光器

为了研究铷蒸气激光中的线宽匹配技术,基于半导体制冷片(TEC)的温度控制技术设计了窄线宽可调谐单管半导体激光器.利用半导体激光器的温度漂移特性,使LD的激光光谱中心波长在780 nm附近(工作温度-6℃),采用体布拉格光栅(VBG)外腔结构改善了LD的激光光谱,获得了功率1.448 W线宽0.13 nm的激光输出.通过调节VBG的温度,LD波长可从779.28 nm调谐至780.13 nm,调谐范围达850 pm.     

外腔半导体激光器动态模稳定性的研究

为了研究调谐过程中外腔半导体激光器的模稳定性,采用多光束干涉理论推导Littrow结构外腔半导体激光器的腔增益,并模拟其模结构。分析了光栅面和转臂不在同一平面的情形下,在光栅转动调谐时,通过匹配光栅的反馈波长变化率与外腔波长变化率,推导出最佳的初始外腔长度,并研究了动态模稳定（无跳模调谐）的范围;采用严格的耦合理论和光线变换矩阵分析了准直（耦合）透镜的位置对系统后向耦合效率的影响。结果表明,系统后向耦合效率最大可达99%,极大地压窄了中心波长为780nm半导体激光器的线宽,外腔半导体激光器的理论线宽为未加外腔时的0.96%,动态模稳定范围可达6.8nm。     

体布拉格光栅反射率对外腔半导体激光阵列输出光谱的影响

采用记录在光致热敏折射率玻璃中的反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成外腔半导体激光阵列,对其输出光谱特性进行了实验研究,分析了快轴准直透镜的位置对外腔反馈耦合效率的影响。实验结果表明,在体布拉格光栅外腔反馈作用下,半导体激光阵列输出光谱中心波长得到锁定,同时输出线宽显著变窄。重点研究了体布拉格光栅的反射率对外腔反馈半导体激光阵列输出光谱特性以及激光器效率的影响。实验结果表明,体布拉格光栅反射率的增加可提高半导体激光阵列内腔模式的抑制效果,提高输出光谱对比度,减小输出光谱线宽。使用反射率为30%的体布拉格光栅,可将半导体激光阵列的输出波长锁定在808nm附近,输出光谱线宽压缩至0.18nm。外腔半导体激光器的输出功率达24.8W,效率为82.6%。     

双波长可调外腔半导体激光器

提出了一种基于体布拉格光栅（VBG）和横向啁啾体布拉格光栅（TCVBG）组合的双光栅外腔半导体激光器,该外腔半导体激光器采用反射率15%的体光栅和反射率17%的啁啾体布拉格光栅作为反馈元件和模式选择元件,实现特定波长的选择和调谐,实验研究了外腔激光器的功率-电流特性、光谱特性和波长调谐特性。实验结果表明:双光栅外腔半导体激光器最大输出功率为1.96 W,斜率效率为0.94 W/A,外腔效率达到78%。输出光谱为双波长,一个波长为808.6 nm,另一个波长连续可调,通过改变横向啁啾体光栅的位置,该波长可从800 nm调谐至815 nm,可调范围达15 nm,在整个可调范围内两个波长的谱线宽度（FWHM）均小于0.3 nm。     

准直透镜失调对Littman-Metcalf光栅外腔激光器线宽的影响

以光栅外腔半导体激光器的理论知识为基础,对Littman-Metcalf型外腔半导体激光器的工作原理进行了说明,并详细地讨论了外腔半导体激光器的线宽压窄以及模式选择机制,采用严格的耦合理论和光线变换矩阵推导了系统结构参数对光场耦合效率影响的计算公式。同时,对影响Littman-Metcalf外腔激光器输出激光线宽的几个重要因素进行了分析,重点讨论了系统中准直透镜位置失调导致的线宽变化规律。计算结果表明:合理地控制Littman-Metcalf光栅外腔半导体激光器的外腔参数可以将中心波长为785 nm半导体激光器的本征线宽压窄四个数量级,该外腔系统中准直透镜位置失调会影响系统出射光场与经外腔反馈光场之间的耦合效率,进而影响光栅外腔半导体激光器的输出线宽。     

紧凑型光栅外腔可调谐半导体激光器

研制了一台结构紧凑的窄线宽、可调谐半导体激光器.采用光栅外腔Littrow结构,将光栅和平面反射镜置于同一个旋转平台上,并使光栅衍射平面和平面镜反射平面的交线与平台旋转轴重合,通过旋转平台实现光栅外腔选取单纵模、压窄线宽和波长调谐,并保证输出光的方位不发生改变,同时用棱镜将输出光斑压缩成为类方形.该激光器的尺寸为110 mm×80 mm×35 mm,中心输出波长为653 nm,谱宽0.07 nm,调谐范围4.6 nm,可连续稳定运转4小时以上.     

单瓣近衍射极限输出的带外腔半导体激光器

实验研究了带外腔反馈注入的宽接触条形激光器，并用光线传输矩阵分析了该外腔结构。利用闪耀光栅及耦合输出反射镜对表面未镀增透膜的半导体激光器构成外腔，选择一定模式的激光反馈注入回激光器，从而限制了其他模式在半导体激光器内的振荡，压缩了激光器输出激光的光谱宽度。当激光器驱动电流为2．7倍阈值电流时，获得230mW输出功率，0．6nm谱宽，单瓣近衍射极限的激光输出。用一平面镜代替光栅作为外腔反射镜，获得了320mW输出功率，1．5nm谱宽的单瓣近衍射极限的激光输出。     

基于全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器

提出并实现了一台基于单腔全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器。介绍了其内部的光学元件及其工作原理,随后对该半导体激光器的纵模输出特性进行了理论分析,搭建了该可调谐外腔半导体激光器。在不同的实验条件下,对该可调谐外腔半导体激光器在调谐过程中的输出波长、线宽及功率进行了实时同步测量。由所测数据总结出最佳实验条件,并得到了此条件下可调谐外腔半导体激光器的各相关参数。该可调谐外腔半导体激光器有一个线性的无跳模波长调谐区域(1547.203~1552.426)nm,一个稳定的输出光功率范围(40~50)μW,以及一个稳定的输出单纵模分布、线宽范围(100~150)MHz。该可调谐外腔半导体激光器可用于环境监测、原子与分子激光频谱研究、精确测量等领域。     

体布拉格光栅外腔半导体激光器前端面反射率对输出光谱特性的影响

采用反射式体布拉格光栅(VBG)实现半导体激光锁频是激光技术应用中的关键技术之一，进一步压窄半导体激光的输出光谱线宽、提高外腔效率是研究重点。采用微通道水冷半导体激光模块，利用衍射效率为18%的VBG构建激光外腔，分析了前端面反射率分别为0.02%、0.20%、0.40%时的输出光谱与外腔效率。研究结果表明，半导体激光前端面反射率的降低能够进一步优化半导体激光器的输出光谱，提高外腔效率，压窄输出光谱线宽，实现大驱动电流范围的激光锁频。对于前端面反射率为0.02%的半导体激光器，激光输出中心波长锁定在779.8 nm处，光谱线宽压缩至0.08 nm，温漂系数为6.25 pm·℃^-1，电流漂移系数为0.9 pm·A^-1，外腔效率达到106%，连续输出功率达到127 W。     

功率稳定且波长可调谐的窄线宽分布式反馈半导体激光器

提出一种新型的分布式反馈(DFB)半导体激光器,该激光器具有宽带波长可调谐、线宽窄、功率稳定的特点。该DFB激光器芯片通过采用非对称相移光栅结构,有效地压窄了输出光信号的线宽。基于高精度的温度和电流控制,有效控制激光器内部载流子动态特性与材料折射率,使得激光器输出波长可以实现宽带调谐,并且输出光功率保持稳定。其中,电流控制精度为10μA,温度控制精度为0.004℃,激光器的波长调谐范围为3.5nm,输出光功率为7.4mW,边模抑制比为52.7dB,线宽约为220kHz。该激光器有望应用于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)的研究中。     

长腔长体布拉格光栅外腔半导体激光器

为了实现体布拉格光栅外腔半导体激光器(VBL)的外腔腔内光束合成,研究了长腔长VBL的激光输出特性。采用焦距为25 mm的平凸柱透镜作为单管激光二极管(LD)的慢轴准直镜,同时快轴方向体布拉格光栅(VBG)离轴放置,使得VBL的外腔腔长达到约240 mm,线宽从自由运转时的1.8 nm压窄至0.14 nm。在实验中,改变LD的偏振特性,VBL的激光输出特性不变。通过调节VBG温度,该长腔长VBL的激光中心波长从779.18 nm到779.75 nm连续可调,调谐过程中线宽基本不变。     

基于光热敏折变玻璃的反射式体布拉格光栅

为了稳定高功率半导体激光器的输出波长并且压缩 其光谱带宽,通常采用反射式体布拉格光栅(VBG)作为反射镜来构造外腔半导体激光器。V BG是利用激光全息技术,在一种特殊的感光玻璃上制作的周期性调制折射率结构。采用传统 的高温熔融-淬火工艺设计并制备了一种新型的光热敏折变(PTR)玻璃。测定了PTR玻璃的 玻璃转变温度和软化温度。在400 nm波长以上,获得了高达 91%的透过率。通过紫外全息曝光和两步热处理工艺成功实现了NaF纳米晶在PT R玻璃中的析出。在PTR玻璃上记录了布拉格波长为975.80 nm的反射 式VBG,并将其用于高功率半导体激光器(LD)的波长锁定。利用衍射效率为13.97%的反射式VBG,可实现半导体激光器输出波长准确地锁定在975.80 nm。输出线宽被有效压缩到0.4 nm以下。在相同的水冷 温度下,不同输入电流(2A→10 A)实现了仅仅0.06 nm的红移。在输入功率为10.2 W时,单管LD的最大输出功率 为9.7 W。